具有30年生命周期的铌-石墨烯电池

随着在医疗设备、电动汽车、航空航天设备等领域的应用，铌-石墨烯电池正在 NUS 和CBMM启动的价值380万美元（500万新元）的新高科技实验室中进行测试。

电池在为许多现代设备提供动力方面发挥着至关重要的作用，如手机、心脏起搏器和电动汽车。然而，传统的锂离子电池存在安全风险、生命周期短和充电时间长等局限性。新加坡国立大学（NUS）先进二维材料中心（CA2DM）是石墨烯和其他二维（2D）材料研究的创新者，CBMM是铌产品和技术的全球领导者，该中心开发的铌-石墨烯电池将解决所有这些问题。

这些电池正在新的CBMM-CA2DM先进电池实验室进行测试，该实验室由新加坡国立大学和CBMM于2023年5月23日启动，由新加坡国家研究基金会支持，连续三年联合投资了380万美元（500万新元）。

“CBMM-CA2DM先进电池实验室是新加坡科技含量最高、设备最齐全的地方，旨在探索电池技术的新领域。该实验室为研究人员提供了先进的设备来创造新的固体电解质，制造各种电池形式，并最终将他们的创新付诸实践。CA2DM主任 Antonio H. Castro Neto教授说：“我们在铌-石墨烯电池的开发方面取得了重大进展，证明了这些电池在安全性、效率和可持续性方面的改变。”

重新思考电池性能

与传统锂离子电池相比，铌-石墨烯电池具有更高的性能和安全性。此外，锂离子电池中易挥发和易燃的液体电解质将被含铌固体电解质所取代，进一步提高新型电池的安全性和能量密度。

铌-石墨烯电池的优势包括：

• 长生命周期：性能持续时间比传统锂离子电池长10倍（估计约为30年），使其更加耐用和可靠。

• 安全：在安全电压范围内操作，在不会过热的情况下安全放电，防止意外损坏。

• 快速充电：10分钟即可充满电，更加方便。

• 提高性能：铌可增强导电性并稳定主体结构，从而提高电池倍率性能和长周期的稳定性。

• 可持续性：铌是一种相对丰富且环保的材料，使这种电池成为传统锂离子电池更可持续的替代品。

铌用作电池负极的主要活性材料，同时也用作正极的添加剂。另一方面，石墨烯用于负极和正极以提高电子导电性和结构稳定性。在负极中，铌材料独特的晶体结构有利于在不破坏结构的情况下快速充电。在正极中，铌材料可以提高离子电导率并保护活性材料免于降解。此外，石墨烯的低密度特性显着提高了两个电极的电子传导性，而不会影响电池的整体能量密度。

铌-石墨烯电池的最终原型预计将于2024年第一季度完成。

“由于使用寿命更长，与现有的锂离子电池相比，新型石墨烯-铌电池显着降低了总拥有成本，并具有超快充电能力。此外，它们提供了更高的安全性，即使在高温下也不会爆炸，”CBMM全球电池主管Rogerio Ribas说。“第一批在阴极和阳极上结合铌应用的电池，还具有更高的输入和输出功率、更宽的工作温度范围和更好的充电状态等优势，因此可以为特定市场开发，例如商业和工业应用，包括混合动力车辆（铁路、卡车和乘用车）、重型应用、内部物流、无绳电动工具等的再生制动系统。”

新实验室配备了最先进的设施，用于研究和制造先进的铌基电池和固体电解质。由于其高性能，铌-石墨烯电池具有广泛的潜在应用，包括心脏起搏器和除颤器等医疗设备，以及卫星和航天器等航空航天设备，所有这些都需要长循环寿命和高安全性标准。其他潜在应用包括电动汽车和消费电子产品。

“随着对可持续和高性能能源解决方案的需求不断增加，CBMM-CA2DM先进电池实验室标志着企业与研究机构之间建立了强有力的合作伙伴关系，并提供令人兴奋的实际应用。在新加坡国立大学，我们不断寻求突破创新的界限，我们期待实验室为科学技术和行业做出新的贡献，”新加坡国立大学副校长（创新与企业）兼CA2DM董事长Chen Tsuhan教授说。

为电池技术的进一步突破做好准备

CBMM-CA2DM先进电池实验室是新加坡首个配备端到端定制电池制造和测试的先进电池实验室。该实验室的主要功能包括一个电解液处理单元和一个湿度低至1%的干燥室，可以处理对湿度敏感的电池材料。干燥室还与一系列手套箱无缝连接，为电池组装创造了惰性气氛。确保了整个过程的零污染。

实验室设计还允许每月测试数千个原型。该实验室拥有先进的电池测试设备，可以进行充电和放电循环、研究工作和退化机制，并预测所生产电池的耐久性。此外，该实验室拥有的设备可以让研究人员制造各种形式的电池，例如不同尺寸的纽扣电池和软包电池。

展望未来，该实验室的目标是用各种材料测试和创造更先进、更新颖的电池，并与当地研究机构、院系和行业合作，开发电池前沿技术。一项高科技目标是开发固态电池技术，这种技术不需要任何易燃液体，使其完全安全。实验室内还将建立一个工业空间，允许外部公司开发和测试电池原型，以满足他们的商业需求。

审核编辑 ：李倩